KR20080033608A - 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 ＰＦＣｓ가스 처리용 스크러버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 고온 플라즈마식 스크러버에 산성가스 흡착분해층을 갖춘 캐니스터를 추가 설치하여 PFCs 가스와 산성가스를 동시에 처리할 수 있는 고온 플라즈마 분해층과 흡착분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버에 관한 것이다.

본 발명에 의한 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버는 에칭 공정과 CVD공정 클리닝시 사용되는 PFCs 가스를 처리하기 위한 고온 플라즈마 분해층을 구비한 스크러버에 있어서, 상기 스크러버에서 배출되는 가스를 처리하기 위한 흡착분해층을 갖춘 캐니스터가 추가로 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하여 (1) 온실 가스 배출량 감소 (2) 환경 무역 규제 대비책 확보 (3) PFCs 가스를 높은 제거 효율로 처리 (4) PFCs 가스 열 분해후 생성되는 HF, F₂ 유해 산성 가스를 완벽하게 제거함으로써 드라이 펌프와 메인 덕트(Main Duct)배관 라인 부식 발생을 최소화 (5) 에칭과 CVD 클리닝 공정 전용으로 사용 가능한 기대 효과가 있다.

플라즈마 스크러버, PFC, 과불화화합물, 산성가스, 캐니스터

Description

고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 ＰＦＣｓ 가스 처리용 스크러버{PFCs gas scrubber with both high temperature plasma decomposition layer and absorption·decomposition layer}

도 1은 종래의 고온 플라즈마 스크러버의 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 캐니스터의 개략도,

도 3은 본 발명에 의한 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버의 개략도,

도 4는 본 발명에 의한 스크러버를 이용한 가스처리 계통도이다.

본 발명은 PFCs 가스처리용 스크러버에 관한 것으로서, 상세하게는 기존의 고온 플라즈마식 스크러버에 산성가스 흡착분해층을 갖춘 캐니스터를 추가 설치하여 PFCs 가스와 산성가스를 동시에 처리할 수 있는 고온 플라즈마 분해층과 흡착분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버에 관한 것이다.

과불화화합물(Perfluoro-Compounds, 이하 'PFCs Gas'라 함)의 배출량은 이산 화탄소의 수천분의 일 정도지만, 지구 온난화 지수는 이산화탄소보다 높고, 분해되지 않은 상태로 대기 중에 장시간 동안 존재하여 지구온난화의 주요 원인물질로 잘 알려져 있다.

그러므로 세계 각국은 1992년 6월에 브라질 리오 미팅에서 기후변화협약을 체결하고 PFCs 가스를 지구 온난화 가스로 규정하였으며, 2001년 11월 10일 교토 의정서를 채택하여, 이를 바탕으로 각국의 PFCs 가스 배출기준 및 규제시기를 결정하였다. 이에 미국, 일본 및 유럽 등과 같은 선진국들은 PFCs 가스 배출저감 목표 기준을 1995년 대비 2010년까지 10%로 감축하도록 규정하였으며, 우리나라의 경우 1997년 대비 2010년까지 10% 감축, 그리고 대만은 1998년 대비 2010년까지 10%를 감축하도록 규정되어 있다.

특히, 반도체 제조 공정중 웨이퍼의 표면을 에칭하기 위하여 BCl₃, Cl₂, F₂, HBr, HCl, HF 등의 산성가스 및 CF₄, CHF₃, C₂F₆, C₃F₈, C₄F₆, C₄F₈, C₅F₈, SF₆ 등과 같은 PFCs 가스를 사용하고, 화학 증기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)공정중 증착단계에서는 웨이퍼의 표면증착을 위하여 AsH₃, NH₃, PH₃, SiH₄, Si₂H₂Cl₂ 등과 같은 가스를 사용하며, 세정 단계에서 NF₃, C₂F₆, C₃F₈ 등과 같은 PFCs 가스를 사용하므로 이를 처리하기 위한 공정이 필수적으로 요구된다.

상기 전술한 PFCs 가스를 제거하기 위한 방법으로는 직접연소법, 간접히팅법, 촉매법, 플라즈마법 등이 있으며 상기 (1) 직접연소법은 액화천연가스(LNG) 또는 수소의 연소시 발생하는 1,400 내지 1,600℃의 불꽃을 이용하여 PFCs 가스를 산화시킴으로써 이산화탄소, 불소(F₂), HF 가스로 전환시켜 제거한다. (1) 직접연소법은, 액화천연가스 또는 수소등을 연료로 사용하기 때문에 액화천연가스 또는 수소 공급설비가 없는 기존의 공정에서 사용할 수 없을 뿐만 아니라 화재 및 폭발 등의 문제에 대응하기 위한 안전 대책을 필요로 하며, 처리하고자 하는 PFCs 가스 1,400 내지 1,600℃의 고온에서 처리되므로 소요되는 운전비용이 증가한다는 문제점 등이 있고, 추가적으로 고온에서 연소시킴으로써 산성비, 광화학스모그의 원인이 되는 질소산화물(NOx)이 발생되어 2차 대기오염을 발생시키는 문제점 등이 있다.

(2) 간접히팅법은 히터를 이용하여 간접적으로 반응기의 온도를 상승시킴으로써 직접연소법과 같이 PFCs 가스를 산화시켜 제거하는 방식으로서, 일반적으로 1,100 내지 1,200℃의 온도범위에서 운전을 하기 때문에 CF₄ 등과 같은 난분해성 PFCs 가스의 제거가 어려울 뿐만 아니라, 고온 히팅으로 인해 히터의 수명이 단축되어 연속 웨이퍼 생산이 곤란한 문제점을 가지고 있다.

(3) 촉매법은 촉매를 이용하여 저온 온도 범위(800℃)에서 PFCs 가스를 제거하는 방식이지만 에칭 또는 CVD 공정에서 유입되는 Al₂O₃, SiO₂ 등과 같은 고체 산 화물로 전환되어 처리된다. 이러한 고체 산화물 등은 촉매층에서 침적되어 촉매층의 유로를 막는 현상이 발생되므로 촉매층의 압력손실을 증가시키는 원인으로 작용하게 되며, PFCs 가스 분해후 발생되는 산성가스가 촉매층에 유입될 경우 이들 산성 물질이 촉매에 흡착 및 반응하여 비가역적인 촉매 활성저하의 원인이 되는 문제점이 있다.

(4) 플라즈마법에는 고온 플라즈마를 이용하여 PFCs 가스를 분해 제거하는 방식이 있다.

도 1은 기존의 고온 플라즈마 스크러버의 개략도인데, 고온 플라즈마 스크러버는 에칭 및 CVD 클리닝 후 유입되는 PFCs 가스(5)를 고온 열분해 처리하기 위해 플라즈마 불꽃을 발생시키는 플라즈마 토치부(1); 상기 플라즈마 토치부(1)에 연결 설치되어 PFCs 가스와 플라즈마 생성 반응을 발생시키기 위해 구비된 챔버연소부(2); 상단부에서 물을 미세한 상태로 살포하기 위한 분사 노즐(6)을 좌/우측에 설치된 수처리부(3); 분해후 생성되는 수용성 가스와 입자상 물질을 처리하고 물 저장 및 상시 드레인이 가능한 순환 탱크부(4)로 구성되어 있다.

이러한 고온 플라즈마를 이용한 PFCs 가스 제거방법은 그 제거 효율은 높지만, 열 분해후 생성되는 불소(F₂) 및 HF에 의한 펌프 및 배관라인의 부식이 문제되 고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 기존의 고온 스크러버 후단에 산성가스 흡착분해층을 갖춘 캐니스터를 추가 설치하여, 고온 플라즈마 스크러버에서 PFCs 가스를 처리하는 과정에서 생성된 산성가스를 캐니스터에서 처리함으로서 PFCs 가스와 산성가스를 동시에 처리할 수 있는 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버(PFCs Gas Scrubber)를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버는 에칭 공정과 CVD공정 클리닝시 사용되는 PFCs 가스를 처리하기 위한 고온 플라즈마 분해층을 구비한 스크러버에 있어서, 상기 스크러버에서 배출되는 가스를 처리하기 위한 흡착분해층을 갖춘 캐니스터가 추가로 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서의 캐니스터는 내부에 흡착제 충진층이 설치되고, 상기 흡착제충진층의 상부와 하부에는 타공판이 각각 설치되며, 상기 하부 타공판의 밑으로 가스 유입구가 설치되며, 상기 상부 타공판의 위인 상기 캐니스터의 상단으로 가스 배출 구가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 다른 바람직한 형태에 의하면 상기 캐니스터는 서스(년로 만들어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 다른 바람직한 형태에 의하면 상기 캐니스터의 바닥면에는 바퀴가 설치된 것을 특징으로 한다.

이하 예시도면을 참조하면서 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 다만 이러한 설명은 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시하게 하기 위함이지, 이로써 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 의한 캐니스터의 개략도이다. 도 2에서 보는 바와 같이 상기 캐니스터의 하단 측면에는 고온 플라즈마 분해층에서 나오는 배기가스가 유입되는 가스 유입구(15)가 있으며, 상기 가스 유입구(15)의 상부로 캐니스터(10)의 내부에 유해가스를 흡착할 수 있는 흡착제 충진층(12) 설치되어 있으며, 상기 흡착제 충진충의 상하로는 흡착제 충진층(12)을 지지하기 위한 하단부 타공판(11)과 상단부 타공판(13)이 각각 설치되어 있으며, 상기 상단부 타공판(13)의 상부인 캐니스터(10)의 상단부에는 정화된 가스가 배출되는 가스 배출구(16)가 설치되어 있다. 상기 흡제제는 HF 및 유해 산성 가스를 충진할 수 있는 것이면 어떠한 것이라도 무관하다.

이하 본 발명에 의한 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버의 제작과정에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

고온 플라즈마 분해층의 제조

도 1을 참조하여 설명하면, 두께 5T를 가진 직경200mm, 높이 400mm의 원통형 서스(SUS)[316]재질 배관 내부에 내부식성을 향상시키기 위한 테프론 코팅을 실시한 챔버 연소부(2) 몸체를 제작 구성한다. 그 다음, 플라즈마 불꽃 발생 부분인 플라즈마 토치부(1)를 챔버 연소부(2) 내부 상단에 연결하여 조립 제작한다. 그 다음, 두께3T를 가진 직경200mm, 높이 300mm의 원통형 서스[316]재질 배관 상단부에 미세한 물을 분사 살포하여 입자상 물질 및 수용성 가스를 처리하기 위한 좌측과 우측 분사노즐(6)을 포함한 수처리부(3)를 제작한다. 그 다음, 입자상 물질 및 산성 수용성 가스를 처리하고 물을 순환시킬수 있는 순환 탱크부(4)를 제작 구성하여 도 1과 같은 형태의 고온 플라즈마 분해층을 제조한다.

흡착 분해층 캐니스터 제조

도 2를 참조하여 설명하면, 직경260mm, 높이 400mm의 원통형 서스[316]재질을 가지고 캐니스터(10) 몸체를 제작 한 다음, 하단부에 흡착제 충진층을 유지 하 기 위한 하부 타공판(11)을 제작하여 설치한다. 그 다음, 하부 타공판(11)위에 흡착제 충진층(12)을 두어 HF 및 유해 산성 가스를 충진할 수 있는 흡착제를 충진한다. 그 다음, 팰렛 형태로 구성되어 있는 흡착제 충진상태를 지지하기 위해 상단부 부분에 상부 타공판(13)을 설치한다. 필요에 따라서 캐니스터 운반 및 PM 제작 작업을 용이하기 위해 캐니스터(1) 몸체에 운반용 바퀴(14)를 장착하여 이동이 용이하게 제작한다. 그 결과 도 2와 같은 캐니스터가 완성된다.

고온 플라즈마 분해층과 흡착분해층을 갖춘 PFCs 가스 스크러버의 제조

도 3은 본 발명에 의한 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버의 개략도인데, 도 3에서 보는 바와 같이 상기 제작과정을 통하여 제작된 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 결합하여 1000 × 1000 × 2000mm 크기를 가진 본 발명에 의한 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버가 완성된다.

이하 상기 제작과정을 거쳐서 만들어진 본 발명에 의한 스크러버를 이용한 PFCs 가스 처리 과정에 대하여 살펴본다.

도 4는 본 발명에 의한 PFCs 가스 처리 공정도이다. 도 4에서 보는 바와 같이 에칭공정이나 CVD 공정 클리닝시 사용되는 PFCs 가스는 고온 플라즈마 분해층의 가스유입구(5)로 유입되어서 플라즈마 토치부(1)에서의 불꽃에 의해 챔버연소부(2) 에서 연소되어진다. 연소된 가스는 수처리부(3)로 유입되면서 수처리부(3)의 상부 좌우측에 설치된 분사노즐(6)에서 분사되는 물에 의해 입자상 물질 및 수용성 가스가 처리된다. 수처리부(3)에서 발생한 물(41)은 순환탱크부(4)로 유입되어서 계속해서 순환하게 되는데, 이 과정에서 pH를 측정하여 일정수준이상이 되면 폐수처리장으로 보내지고, 새로운 물이 공급된다. 한편 수처리부(3)를 거친 가스(31)는 캐니스터의 가스 유입구(15)로 유입되어져서, 하단타공판(11)을 거쳐서 흡착제 충진층(12)을 지나면서 HF 및 유해 산성가스들이 제거되어서, 무해한 가스들만 상부타공판(13)을 거쳐서 가스 배출구(16)를 통해 대기로 방출된다.

본 발명은 에칭 공정과 CVD 공정 클리닝시 사용되는 PFCs 가스를 제거하기 위해 플라즈마 방식에서 발생되는 문제점을 보완하기 위해 처리부 후단에 산성가스 흡착 분해층을 혼합 구성한 스크러버를 제공함으로써 (1) 온실 가스 배출량 감소 (2) 환경 무역 규제 대비책 확보 (3) PFCs 가스를 높은 제거 효율로 처리 (4) PFCs 가스 열 분해후 생성되는 HF, F₂ 유해 산성 가스를 완벽하게 제거함으로써 드라이 펌프와 메인 덕트(Main Duct)배관 라인 부식 발생을 최소화 (5) 에칭과 CVD 클리닝 공정 전용으로 사용 가능한 기대 효과가 있다.

Claims (4)

1. PFCs 가스를 처리하기 위한 고온 플라즈마 분해층을 구비한 스크러버에 있어서, 상기 스크러버에서 배출되는 가스를 처리하기 위한 흡착분해층을 구비한 캐니스터가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캐니스터는 내부에 흡착제 충진층이 설치되고, 상기 흡착제충진층의 상부와 하부에는 타공판이 각각 설치되며, 상기 하부 타공판의 밑으로 가스 유입구가 설치되며, 상기 상부 타공판의 위인 상기 캐니스터의 상단으로 가스 배출구가 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버.
3. 제 1항에 있어서, 상기 캐니스터는 서스(sus)로 만들어진 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버.
4. 제1항에 있어서, 상기 캐니스터의 바닥면에 바퀴가 설치되어진 것을 특징으 로 하는 고온 플라즈마 분해층과 흡착 분해층을 구비한 PFCs 가스 처리용 스크러버.

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